Le clonage moléculaire et cellulaire

Année : 2011
Christine Veldeman
Florian Desmet
Mahé Wajnblum
Table des matières
1. Introduction
2. Clonage moléculaire et clonage
cellulaire
3. Techniques de clonage : clonage naturel,
reproductif et thérapeutique
4. La législation et le clonage
5. Problèmes d’éthiques liés au clonage
6. Lexique
Cellule du système nerveux
La bactérie Staphylococcus
Cellules de feuille d’élodée
La bactérie Escherichia coli
Structure primaire d'une racine de haricot
Cellule cytomegalovirus (virus)
Cellule nerveuse
Clonage moléculaire et
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clonage cellulaire
Le clonage cellulaire est fondé sur la reproduction de cellules. Alors que le clonage
moléculaire consiste en l’isolement et la purification de gènes dans le but de
les transférer vers un autre être vivant.
1. Le clonage moléculaire
Le clonage moléculaire se rapporte au procédé d'isoler un ordre bien défini d’ADN
et à l’obtention des copies multiples de celui-ci. Il est employé dans une grande
sélection d'expériences biologiques et d'applications pratiques telles que la
production de protéine à grande échelle.
S'il est possible de cloner un organisme entier, il est également possible de cloner
un gène ou un fragment d'ADN. Cette opération est appelée clonage moléculaire.
Elle repose sur un ensemble de techniques de génie génétique* qui permettent
d'isoler et de reproduire des gènes.
L'opération consiste alors à introduire un fragment d'ADN d'intérêt (par exemple le
gène que l'on souhaite étudier) dans un organisme unicellulaire (Souvent une
bactérie comme l’Escherichia coli, ou un champignon unicellulaire). On tire ainsi
profit de la grande vitesse de prolifération de ces dernières pour reproduire à
l'identique un très grand nombre de copies de ce fragment d'ADN.
Pour cela, le fragment d'ADN est au préalable introduit dans une construction que
l'on appelle vecteur ou plasmide*. Ce plasmide est une molécule d'ADN circulaire
qui permet à la fois d'introduire la séquence d'ADN à étudier dans le
microorganisme récepteur mais aussi d'assurer le maintien de ce fragment d'ADN
d'intérêt dans la cellule hôte de génération en génération au cours des divisions
cellulaires.
* Un vecteur de clonage (ou plasmide) est une molécule d'ADN généralement
circulaire distincte de l'ADN chromosomique. Support d'information génétique chez les
microoganismes unicellulaires (bactéries, levures), il permet d'intégrer une information
génétique dans un microorganisme en introduisant dans une cellule hôte un fragment
d'ADN ou un gène d'intérêt. Que ce soit pour produire une protéine ou pour amplifier
(reproduire en de multiples copies) le fragment d'ADN à étudier, le principe est toujours
le même. Il consiste à insérer dans le vecteur le fragment d'ADN puis de transférer le
plasmide dans le microorganisme récepteur
Cette étape d'insertion d'un fragment d'ADN dans un vecteur repose sur l'utilisation
d'outils et de techniques de biologie moléculaire permettant la recombinaison
d'ADN in vitro (c'est à dire la production d'une molécule d'ADN, dite recombinante,
issue de l'intégration d'une molécule d'ADN dans une autre). Ces étapes s'appuient
sur l'utilisation de protéines et enzymes* spécifiques qui permettent de couper,
copier et coller un fragment d'ADN dans un autre.
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Après purification du plasmide contenant le fragment d'ADN d'intérêt, on l'insère
dans un microoganisme afin que celui le duplique lors de chacune de ses divisions.
Ainsi chaque cycle de division double le nombre de copies du plasmide.
2. Le clonage cellulaire
Le clonage d'une cellule consiste à dériver une population « des cellules
d'une cellule ». Dans le cas des organisations unicellulaires ce processus est
simple et exige essentiellement une inoculation du milieu approprié.
Cependant, dans le cas des cultures des organisations multicellulaires, le
clonage de cellules est plus laborieux. Un ovule est prélevé sur une femme.
Son contenu génétique situé dans le noyau est enlevé.
Une cellule somatique est prélevée sur un homme ou une femme, puis mise en
culture.
L'ADN de cette cellule somatique est extrait et implanté dans l'ovule vide de la
donneuse. L’œuf ainsi reconstruit contient maintenant le matériel génétique du
donneur. Grâce à des chocs électriques et un certain cocktail chimique, l’œuf
commence alors sa division et son développement.
L’œuf poursuit son développement jusqu'au stade de plus de 100 cellules. La
couche externe va former le placenta, la partie interne (futur embryon) contient les
cellules souches.
3
Techniques de clonage
1.
Le clonage naturel
Dans la nature, le clonage n'est rien de plus qu'un mode de reproduction parmi
tous ceux à la disposition des êtres vivants.
Certains animaux dont l'embryon est coupé en deux peuvent donner deux
individus génétiquement identiques comme c'est le cas chez les hydres. De plus, les
cellules des organismes complexes se reproduisent généralement par clonage.
Le clonage peut être naturel chez les plantes; il est dans ce cas le plus souvent
appelé multiplication végétative*.
* Multiplication végétative: Mode de reproduction asexuée des végétaux, par lequel
un individu adulte engendre un ou plusieurs autres individus génétiquement identiques
à lui (clones).
(Elle peut s’effectuer par bourgeonnement, par formation de stolons (plantes miniatures
se développant au bout d’un rameau de la plante-mère) ou par marcottage
(enracinement d’un rameau, donnant une nouvelle plante) ).
2. Le clonage thérapeutique
Le clonage thérapeutique est une technique qui vise à créer à partir de cellules
pluri ou totipotentes des organes ou des tissus humains à des fins thérapeutiques. Il
existe 4 techniques connues à ce jour, toutes en cours de recherche.
Ces 4 techniques sont:

Le clonage thérapeutique : après le prélèvement d’un ovocyte suivi de
son énucléation, on y injecte le noyau d’une cellule saine adulte prélevée
sur le malade. A ce moment là, on prélève la masse cellulaire interne de cet
embryon, ce qui a pour résultat sa destruction. Les cellules ainsi prélevées
sont mises en culture afin d'obtenir des cellules souches embryonnaires. Ces
cellules souches sont totipotentes.

L'utilisation de cellules issues d'embryons surnuméraires : On prélève les
cellules d’un embryon surnuméraire* . On les fait ensuite se multiplier et se
différencier vers le tissu désiré. Il faudra alors que le tissu formé soit
compatible avec le malade à soigner.
* Un embryon surnuméraire est un embryon issu d’une fécondation in vitro et qui ne
fait plus l’objet d’un projet parental.

L'utilisation de cellules souches présentes chez l'adulte : l’organisme adulte
serait un vaste réservoir de cellules souches. Présentes au cœur des organes,
ces dernières sont destinées à remplacer les cellules abîmées à régénérer
4
des tissus. Elles sont cependant plus spécialisées que des cellules
embryonnaires.

L'utilisation de cellules prélevées d'un cordon ombilical : cette méthode
consiste à prélever des cellules souches présentes dans un cordon ombilical
de nouveau-né (qui doit être compatible avec le malade). Elles seront
ensuite cultivées et orientées vers la différenciation souhaitée.
L’être humain, de manière générale tolère très mal les corps étrangers. Il s’agit ainsi
d’obtenir un tissu qui sera par la suite compatible avec ceux de l’individu malade.
Ils existent, en revanche plusieurs risques associés à ces techniques, on ne peut
s’assurer que les cellules intégrées à l’intérieur de l’organisme :



ne deviennent tumorales.
leur patrimoine génétique ne contienne pas d’anomalies
conservent leurs caractéristiques à long terme.
Quelques exemples :

Maladies du système nerveux

infarctus du myocarde

Maladies des os et du cartilage

Cancers et maladies immunodéficitaires :

Diabète :
Il existe aussi d'autres techniques liées à l'utilisation de cellules souches adultes.
Dans ce dernier cas, on prélève des cellules sur un sujet humain (adulte ou
embryon) et on "duplique" uniquement le type de cellule prélevé. Par exemple, on
prélève des cellules souches nerveuses et, à partir de là, on génère d'autres
neurones qu'on pourra transplanter en cas de maladies neuro-dégénératives.
Cette stratégie est techniquement beaucoup plus simple et ne pose pas de
problèmes éthiques particuliers (puisque dans ce cas, on a fabriqué des tissus et
non des embryons).
5
6
3. Le clonage reproductif
Le clonage reproductif donne naissance à un individu génétiquement identique à
un autre. Dans chaque cellule de l’organisme se trouve l’ensemble du patrimoine
génétique de cet individu. Dans le clonage à des fins de reproduction, on peut, à
partir d'une cellule quelconque, reconstituer un être humain entier. Ce dernier sera
génétiquement identique à celui sur lequel les cellules auront été prélevées.
Il existe deux types de clonage reproductif:


Clonage vertical : la technique consiste à prélever le noyau (qui contient les
chromosomes sur lesquels se trouve l'ADN) d'une cellule somatique adulte et
à l'injecter dans un ovocyte préalablement vidé de son noyau. Cet ovocyte
provient de la mère porteuse, qui diffère de l’individu à qui appartient la
cellule somatique qui sera clonée. On réalise ensuite la fusion des deux
cellules (la cellule somatique et l'ovocyte) en appliquant un champ
électrique pour déclencher, entre autre, la division cellulaire. Cette pratique
endommage souvent les cellules. » En cas de réussite, on assiste à formation
d'un embryon qui commencera à se développer. Il sera alors cultivé
quelques temps en laboratoire avant d'être transplanté, au stade
blastocyte*. L’organisme qui naîtra aura le même patrimoine génétique que
celui du donneur de la cellule somatique. On réussit ainsi une reproduction
sans fécondation, qu’on appelle reproduction asexuée.
Clonage horizontal : les premières techniques de clonage s'effectuait par
scission (fractionnement) d'un embryon. Il s'agit donc de création de jumeau
de manière artificielle. Cette technique est utilisée depuis les années 90 pour
cloner des bovins, des ovins et des lapins.
Il existe, de même, plusieurs techniques :
a. La technique de Roslin
b. Le transfert de noyau de cellule somatique La Technique Honolulu : Ici
l’ovocyte est baigné dans une solution chimique et cultivé ensuite l’embryon
qui se développe est implanté dans l’utérus d’une mère porteuse.
Remarque : la technique de Wakayama est plus efficace, le bain chimique pour
déclencher la division cellulaire n’endommage pas les cellules, contrairement à la
charge électrique utilisée par la méthode de Roslin.
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Le cas de Dolly
La brebis Dolly, qui est née le 5 juillet 1996, est le premier clone de mammifère
obtenu à partir d’une cellule adulte.
Pour la créer, les chercheurs écossais Ian Wilmut et Keith Campbell ont remplacé le
noyau d’un ovocyte par celui d’une cellule mammaire de brebis adulte. L’œuf
ainsi formé a commencé à se diviser en 2, 4, 8… cellules, toutes identiques, comme
un œuf issu d’une fécondation. L’embryon a ensuite été placé dans l’utérus d’une
autre brebis, qui a joué le rôle de mère porteuse.
Ainsi, Dolly a hérité de la totalité du patrimoine génétique d’un seul individu, la
brebis d’origine et non des chromosomes amenés pour moitié par un
spermatozoïde et pour l’autre par un ovocyte, comme une cellule résultant d’une
fécondation. La technique du clonage permet donc de créer des animaux sans
rencontre de gamètes : c’est une reproduction asexuée.
Elle est morte le 14 février 2003 soit six ans après sa naissance :
‘’ Elle souffrait d'un vieillissement prématuré. L'animal est apparemment en
parfaite santé et a même donné naissance à des agneaux l'an passé. Mais un
minutieux examen de ses cellules a révélé que ses télomères* étaient plus courts
que ceux d'un animal né normalement. Les télomères de Dolly montreraient des
signes d'usure excessive pour un animal de son âge. La mère de la brebis avait six
ans lors de son clonage. La cellule utilisée avait donc des télomères assez courts,
dont Dolly aurait hérité en partie. La longue culture des cellules en laboratoire
aurait aussi contribué à les user. ‘’
Actualités Sciences, jeudi 27 mai 1999
Malgré les avancées techniques considérables du clonage, il existe plusieurs
inconvénients et failles à cette technique :


Les clones présentent souvent des dérèglements du développement.
La mortalité post-natale est très forte.
Ces échecs peuvent être dus à une mauvaise réactivation des programmes
génétiques quand le noyau est transféré de sa cellule d’origine à l’ovocyte. De
plus, d’autres facteurs doivent être pris en compte, qui pourraient expliquer le très
faible taux de réussite du clonage :



L’environnement du noyau quand il est introduit dans l’ovocyte
Le milieu dans lequel a été cultivé l’embryon avant d’être transplanté,
L’environnement du fœtus dans le ventre de la mère porteuse.
Il est important de préciser que des le début du développement embryonnaire,
l’environnement de la cellule dans lequel elle se divise, celui du noyau, joue un rôle
important dans le développement de l’embryon.
Avantages : On pourrait assurer le maintien d'une espèce en voie de disparition ou
parvenir à récupérer l'ADN d'une espèce disparue et le cloner…
9
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Tableau récapitulatif : les différentes techniques principales de clonage
QUELLE
TECHNIQUE ?
Bissection d'embryon
Séparation des
cellules d'un jeune
embryon
de cellule
embryonnaire
Transfert
de noyau
QUEL CLONAGE ?
QUI EST CLONÉ ?
QUEL RESULTAT
ATTENDU ?
Reproductif
L'embryon issu de la
fécondation
Naissance de deux
individus
génétiquement
identiques
Reproductif
L'embryon issu de la
fécondation
Naissance de plusieurs
individus
génétiquement
identiques
Reproductif
L'embryon issu de la
fécondation
Naissance d'un grand
nombre d'individus
génétiquement
identiques
Naissance d'un individu
génétiquement
identique à un individu
préexistant
Reproductif
de cellule
d'adulte
L'individu donneur
du noyau
Thérapeutique
EN RESUMÉ
Développement de
cellules, d'un tissu ou
d'un organe
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La législation et le clonage
Clonage reproductif
Il n'existe aucun pays où le clonage reproductif humain est explicitement autorisé
dans un document officiel. Beaucoup de pays, notamment les pays occidentaux,
ont adopté des mesures interdisant explicitement ou implicitement le clonage
reproductif humain. Cependant, il existe des pays où aucune mesure explicite n'a
été adoptée…
En ce qui concerne les organisations internationales ou européennes, elles ont
toutes condamné toute forme de clonage humain. En mars 2005, l'Assemblée
générale des Nations Unies a en effet adopté par vote la Déclaration des Nations
Unies sur le clonage des êtres humains proposée par la Sixième commission et dans
laquelle les États membres sont invités à interdire toutes les formes de clonage
humain dans la mesure où elles seraient incompatibles avec la dignité humaine et
la protection de la vie humaine.
Déclaration des Nations Unies sur le clonage des êtres humains
(a)Les États membres sont invités à adopter toutes les mesures voulues pour
protéger comme il convient la vie humaine dans l'application des sciences
de la vie;
(b)Les États membres sont invités à interdire toutes les formes de clonage
humain dans la mesure où elles seraient incompatibles avec la dignité
humaine et la protection de la vie humaine;
(c)Les États membres sont en outre invités à adopter les mesures voulues
pour interdire l'application des techniques de génie génétique qui pourrait
aller à l'encontre de la dignité humaine. . . "
Clonage thérapeutique
En ce qui concerne cette forme de clonage, les législations sont plus variables. Le
clonage thérapeutique est rarement mentionné explicitement dans les textes, mais
la création des embryons est réglementée dans le cadre des lois concernant la
recherche sur les embryons. En ce qui concerne la recherche sur l'embryon, trois
positions peuvent être adoptées :
1. Interdiction générale de toute recherche sur n'importe quel type d'embryon
2. Interdiction de création d'embryons à des fins de recherche mais
autorisation de recherche sur des embryons surnuméraires
3. Autorisation de création d'embryon à des fins de recherche
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En Europe, les législations sont très variables. Par exemple, en France, la loi de
2004 interdit formellement le clonage thérapeutique. Le clonage thérapeutique
est également interdit en Allemagne. En revanche, il est autorisé en Angleterre
et en Belgique. Aux États Unis, il est interdit d'utiliser le clonage thérapeutique
dans le domaine public, mais rien n'est précisé pour la recherche privée. De
plus, certains États, comme la Californie, le Massachussets et le New Jersey l'ont
autorisé...
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Problèmes d’éthique liés au
clonage
Les questions éthiques suscitées par le clonage humain sont complexes et reflètent
toute une série de conceptions religieuses et culturelles. Le débat sur le clonage
concerne aussi bien les scientifiques que les législateurs, les philosophes, les
instances internationales, les groupes issus de la société civile, les médias et
l’opinion publique. L’interdiction du clonage humain à des fins reproductives est
une idée largement partagée, mais il existe de profondes divisions quant au
clonage à des fins de recherche ou « thérapeutique ».
Il n’est pas surprenant que ce sujet soit sensible et source de divisions car le
clonage humain fait émerger des questions morales fondamentales sur le début de
la vie, la dignité de la vie et le statut de l’embryon, ainsi que des préoccupations
d’ordre juridique, social et culturel.
Il fut rappelé, lors d’un débat au Congrès des Etats-Unis d’Amérique, que le
clonage d'un mammifère comportait un fort taux d'échec, puisque sur ses 277
embryons « reconstitués », 29 seulement avaient été implantés dans des brebis et
un seul s'était développé avec succès. Il en a été conclu que « des expériences
similaires avec des humains seraient totalement inacceptables ».
La Communauté Mondiale a, par ailleurs, déclaré que le clonage humain était
contraire à la dignité humaine, dans l'article 11 de la Déclaration universelle sur le
génome humain et les droits de l'homme (1997), élaborée par l'UNESCO. Dans la
partie C de la Déclaration, « Recherche sur le génome, humain », il est spécifié que
« Des pratiques qui sont contraires à la dignité humaine, telles que le clonage à des
fins de reproduction d'êtres humains, ne doivent pas être permises... ».
Le clonage à des fins de recherche pose quand à lui aussi questions car son
objectif est de créer un embryon de la même manière que dans le clonage à des
fins de reproduction, non pour produire un enfant mais pour se procurer des
cellules souches embryonnaires qui contiennent les mêmes caractéristiques
génétiques que le progéniteur. L'embryon est inévitablement détruit au cours du
processus.
Remarque : Une des sources de cellules souches provient des embryons créés par
les laboratoires de fécondation in vitro (FIV). Une fois que les couples ayant des
problèmes de stérilité ont conçu de cette manière leurs bébés, on peut conserver
les embryons surnuméraires dans de l'azote liquide et, dans certains pays, les utiliser
pour la recherche avec le consentement éclairé du couple.
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Une des principales questions éthiques que posent les recherches sur la cellule
souche embryonnaire tient au statut moral de l'embryon. Son utilisation a soulevé
des objections de la part de ceux qui sont opposés à l'avortement pour des motifs
d'ordre moral, religieux ou autre, et de ceux qui s'opposent à toute recherche
impliquant la destruction d'un embryon humain. L'argument moral est ici que les
embryons devraient être protégés dès l'instant de la conception, car c'est le
moment où naît une nouvelle entité humaine qui, potentiellement et dans des
circonstances appropriées, devient un être humain unique. Etant donné qu'on ne
saurait sacrifier d'êtres humains à quelque fin que ce soit, la destruction d'embryons
pour la recherche n'a plus aucune justification.
Par ailleurs, la création d'embryons humains à des fins de recherche nécessite une
collecte d'ovules. Ainsi peut-on se trouver confronté à des difficultés éthiques et
autres pour se procurer des ovules destinés à produire des embryons de clone. Si
des centaines d'ovules non fécondés se révèlent nécessaires pour produire un
embryon de clone humain, comme dans le clonage animal, comment se les
procurera-t-on ? Certains ont donc exprimé l'inquiétude que cela puisse mener à
une exploitation des femmes et à une commercialisation des ovules humains.
Un autre problème que suscite le clonage est l’arrêt du brassage génétique. Le
clonage, par copie d'un génome, ne permet pas la diversification et
recombinaison du gène caractéristique de la reproduction sexuée. Or cette
dernière est selon la théorie de l'évolution le moyen de l'adaptation du Vivant et de
la biosphère aux changements environnementaux, et le gage de co-évolution des
organismes à reproduction sexuée avec celle de leurs prédateurs, pathogènes et
parasites.
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Les Religions face à la question du clonage
Face aux différents types de clonage, chaque religion a une opinion qui diffère.
Certaines étant plus favorables que d’autres (Bouddhisme, Judaïsme,
Protestantisme), mais d’autres complètement contre (Catholicisme, Islam,
Orthodoxes).
Religions ↓
Le clonage
reproductif
Le clonage
thérapeutique
Les recherches sur
l’embryon
Radicalement
contre.
Contre.
Contre.
Contre.
Tolérants au cas pas
cas.
Autorisées si très
encadrées.
En accord à
condition d’apports
thérapeutiques.
Autorisées sauf pour
l’embryon in utéro.
Le Catholicisme
Le Protestantisme
Le JudaÏsme
Pour, mais que en
cas de stérilité des
individus concernés.
L’Islam
Contre.
Le Bouddhisme
Pour, en cas de
modification du
patrimoine
génétique.
Contre.
Contre.
Interdit sauf si elles
sont le seul moyen
offert par la science
pour sauver des vies
ou traiter une
anomalie.
Autorisées s’il y a
des bienfaits des
manipulations
génétiques.
Orthodoxes
Contre.
Contre.
Contre.
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Lexique

Le terme génie génétique désigne l'ensemble des outils et des techniques
permettant de modifier artificiellement le génome d'une cellule ou d'un
organisme.

Cellules souches totipotentes : Les cellules souches sont indifférenciées,
capables de s'auto renouveler, de se différencier en d'autres types
cellulaires et de proliférer en culture. Les cellules souches totipotentes sont
des cellules issues des premières division de l’œuf fécondé (jusqu'au 4eme
jour), capables de donner naissance à tous les types de cellules de
l'organisme et les seules à permettre le développement complet d'un
individu.

Cellules hématopoïétiques sont à l’origine notamment des cellules du
système immunitaire.

Blastocyte : stade auquel les cellules commencent à se diviser dans l'utérus
de la mère.

On appelle cellule somatique toute cellule de l’organisme qui diffère d’une
cellule sexuelle. Parmi les cellules somatiques, on pourrait nommer : cellule
de la peau, cardiaque…

Télomères  vieillissement : on appelle télomères les structures d'ADN qui se
situent à l'extrémité des chromosomes. Elles correspondant à des séquences
répétées.
Lors de chaque division cellulaire, il se produit un raccourcissement de la
taille des télomères de tous les chromosomes jusqu'à un seuil ou leur taille
devient minimale :
on parle de sénescence. On considère aujourd'hui que la taille des télomères
prédéfinit le nombre de division qu'une cellule peut faire. Lorsque le télomère
devient trop court la cellule ne peut plus se diviser ; elle a ainsi acquit le
caractère de mortalité programmée ou apoptose.
A ce jour, on sait que la plupart des cellules eucaryotes du corps humain
sont dépourvues de télomérase. Cependant, il existe une activité de
télomérase modérée dans les cellules souches du système hématopoïétique.
En revanche, l’activité de la télomérase est très importante dans les cellules
cancéreuses, d’où l’aptitude du cancer à se propager rapidement
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